Запуск ракеты обычно воспринимается как движение в одном направлении: вверх, через атмосферу, к орбите. Но для многоразовых ракет и космических аппаратов полет заканчивается только после возвращения на Землю. И этот этап требует не меньше точности, чем сам запуск.
Чтобы вернуться из орбиты, космический аппарат сначала должен снизить скорость. Он выполняет тормозной маневр, направляя двигатели против движения. Это уменьшает высоту орбиты и позволяет аппарату войти в верхние слои атмосферы, где сопротивление воздуха продолжает замедлять его.
У многоразовых ускорителей все происходит иначе. Они обычно отделяются еще до выхода на орбиту. После этого ракета может выполнить маневр для изменения траектории и возвращения к месту посадки либо продолжить движение к посадочной платформе в море. Во время снижения двигатели снова включаются, помогая контролировать скорость и положение ракеты.
Следующая серьезная задача — вход в атмосферу. На большой скорости воздух перед аппаратом быстро сжимается и нагревается, образуя вокруг него слой горячей плазмы. Для защиты используются теплозащитные экраны. В некоторых капсулах применяются абляционные материалы: они постепенно разрушаются и уносят тепло, не позволяя ему проникнуть внутрь.
Большое значение имеет и угол входа. Слишком крутой заход приводит к чрезмерному нагреву и торможению. Слишком пологий может вывести аппарат за пределы расчетной зоны или даже заставить его на короткое время выйти обратно из атмосферы.
Во время снижения аппарат должен сохранять устойчивость и корректировать траекторию. Капсулы используют ориентацию корпуса для управления движением, а многоразовые ускорители — решетчатые рули, которые взаимодействуют с потоком воздуха.
На последнем этапе все зависит от конструкции. Пилотируемые и грузовые капсулы обычно используют парашюты. Они раскрываются последовательно и постепенно снижают скорость. Посадка может проходить на суше или приводнением.
Многоразовые ускорители садятся с помощью двигателей. На финальном участке двигатели снова запускаются, резко уменьшая скорость, пока выпускаются посадочные опоры. Бортовые компьютеры постоянно рассчитывают высоту, скорость и положение ракеты, корректируя тягу и направление.
Есть и третий вариант — космопланы. После входа в атмосферу они используют крылья и аэродинамические поверхности, чтобы спланировать к взлетно-посадочной полосе.
Возвращение из космоса — это последовательность точно рассчитанных маневров. Сначала аппарат меняет траекторию и снижает скорость, затем проходит через атмосферу с ее экстремальным нагревом, а после этого использует двигатели, парашюты или крылья для посадки.
Starship компании SpaceX рассчитан на повторное использование обеих ступеней. После разделения Super Heavy возвращается к месту старта, а верхняя ступень входит в атмосферу в горизонтальном положении, управляя снижением аэродинамическими рулями. Затем аппарат разворачивается вертикально и включает двигатели для посадочного маневра.
Российские «Союз-2» и «Ангара» используют одноразовые ступени. Перспективный «Амур-СПГ» проектируется иначе: его первая ступень должна быть возвращаемой и рассчитанной на повторное использование. Ракета будет использовать жидкий кислород и сжиженный природный газ.
Читайте также:
МИРЭА создает два малых космических аппарата для лазерной связи и звездной навигации
Концепт гиперзвукового аппарата Hazel предполагает старт с дирижаблей в стратосфере
Запуск Starship грозит оставить на орбите больше обломков, чем антиспутниковое оружие